水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中無(wú)線傳感網(wǎng)的應(yīng)用

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摘 要：近幾年來(lái)，對(duì)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的研究不斷增加。由于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)具有安裝、拆除方便，容錯(cuò)性小，準(zhǔn)確率高等優(yōu)點(diǎn)，在各類安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中都得到了廣泛的運(yùn)用。基于此，本文對(duì)水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中無(wú)線傳感網(wǎng)的應(yīng)用進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：水庫(kù)大壩 安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 無(wú)線傳感網(wǎng)

1.案例介紹

新疆卡拉貝利水利樞紐工程由大壩、廠房組成、溢洪道、左岸泄水建筑物。溢洪道布置大壩的右壩肩，總長(zhǎng)500m，左岸泄水建筑物（包括1#、2#排沙洞和發(fā)電洞）布置大壩的左岸，1#排沙洞680m，2#排沙洞660m，發(fā)電洞540m。大壩的庫(kù)容量為2.62億m3，正常蓄水的情況下水位高程可以達(dá)到97.5m，年發(fā)電量在70×108KW.h。在壩后左巖山體布置有地下廠房，廠房按照單一洞室的形式來(lái)進(jìn)行布置，按照從上到下的順序分別為安裝室、主變室、復(fù)廠房、和主機(jī)，總建設(shè)長(zhǎng)度為130m，壩體進(jìn)水口在大壩的十號(hào)壩段布置，底板的高程為1678.65m，地面高程為1700m，通過(guò)一個(gè)直徑為7m的引水隧洞將水引入到廠房中。

2.大壩的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)水庫(kù)的水位、水壓、滲流、流量、揚(yáng)壓力等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)時(shí)大壩實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的主要任務(wù)，數(shù)據(jù)傳輸是用過(guò)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的，數(shù)據(jù)模式或圖形模式在計(jì)算機(jī)被呈現(xiàn)出來(lái)，對(duì)水庫(kù)大壩的各項(xiàng)變化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)掌控，聲光報(bào)警可以應(yīng)用于特殊額數(shù)據(jù)。

（1）全天候遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)測(cè)可以通過(guò)大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)可以被自動(dòng)采集并且放入到相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)中。但是人工觀測(cè)條件是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)必須具備的。

（2）監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)變化可以被大壩遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)完整的記錄下來(lái)，無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)將信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)路由器中，數(shù)據(jù)中心服務(wù)器獲得信息主要是通過(guò) GSM、GPRS、CDMA等技術(shù)實(shí)現(xiàn)，利用Internet的功能數(shù)據(jù)中心服務(wù)器將數(shù)據(jù)傳輸?shù)叫枰@些信息的部門（這些部門必須是包含于覆蓋范圍）。

3.大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成部分

（1）網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)路由器。如果觀測(cè)點(diǎn)距離 GPRS 的傳輸設(shè)備比較遠(yuǎn)，此路由器的功能就是中轉(zhuǎn)各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)。

（2）觀測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)終端。采用的水位傳感器、無(wú)線滲流、滲壓傳感器、無(wú)線揚(yáng)壓力傳感器等必須符合IEEE802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)，這些無(wú)線水庫(kù)的耗能必須低。

（3）無(wú)線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。也稱為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)管理器，通信主要是由計(jì)算機(jī)向GPRS傳輸模塊主動(dòng)傳輸。

（4）GPRS傳輸設(shè)備。各個(gè)采集點(diǎn)的數(shù)據(jù)向無(wú)線網(wǎng)絡(luò)管理器的傳輸是由GPRS 技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。

（5）數(shù)據(jù)處理中心。數(shù)據(jù)處理中心的主要組成部分是計(jì)算機(jī)和上位機(jī)軟件系統(tǒng)等。此系統(tǒng)的功能也比較強(qiáng)大：①實(shí)時(shí)將水庫(kù)大壩的監(jiān)測(cè)信息顯示出來(lái)；②可以對(duì)個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采集，并且將其完整存儲(chǔ)起來(lái)；③將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)作為進(jìn)行預(yù)警分析的依據(jù)；④實(shí)現(xiàn)對(duì)觀測(cè)點(diǎn)任意時(shí)間的數(shù)據(jù)信息的詳細(xì)查詢；⑤將各種數(shù)據(jù)資料以表格的形式呈現(xiàn)。

分層分布開(kāi)放式結(jié)構(gòu)是大壩安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的特點(diǎn)，分散集中控制方式是該系統(tǒng)的運(yùn)行方式，上位機(jī)巡測(cè)、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)依據(jù)設(shè)定的時(shí)間監(jiān)測(cè)各個(gè)終端。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將采集的數(shù)據(jù)傳輸給GPRS 設(shè)備，GPRS 設(shè)備再將相關(guān)數(shù)據(jù)傳送給數(shù)據(jù)中心服務(wù)器，實(shí)時(shí)采集命令或修改定時(shí)采集時(shí)間是由數(shù)據(jù)中心服務(wù)器通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)管理和GPRS 設(shè)備向監(jiān)測(cè)終端發(fā)送的。

4.大壩安全監(jiān)測(cè)的現(xiàn)狀分析

以壩監(jiān)測(cè)發(fā)展的相關(guān)歷程為依據(jù)進(jìn)行分析，可以總結(jié)出：世界各國(guó)進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的方法有數(shù)據(jù)管理自動(dòng)化、管理自動(dòng)化和全自動(dòng)化三種。我國(guó)于20世紀(jì)70年代開(kāi)始研究大壩安全監(jiān)測(cè)工作，80年代取得了很大成果，20世紀(jì)90年代中期是我國(guó)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化技術(shù)的成熟階段，大壩監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性、可靠性和實(shí)用性在很大程度上被提升。至今我國(guó)還沒(méi)有出現(xiàn)利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的案例，現(xiàn)階段我國(guó)采取的是有線監(jiān)測(cè)與控制處理中心相連接的方式，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理都是中心完成的。傳感器受到有線傳感器總線傳輸數(shù)據(jù)量的影響，在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題，有線連接一方面影響了傳感器是否可以方便攜帶的功能，還對(duì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性產(chǎn)生一定的影響。傳感器利用導(dǎo)線獨(dú)立完成數(shù)據(jù)監(jiān)視、采集和控制連接的工作，此方法可以應(yīng)用于很多重要的較大領(lǐng)域，臨時(shí)性是其連接的特點(diǎn)，完成實(shí)驗(yàn)后需要盡快拆卸或重構(gòu)。

5.無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于大壩安全監(jiān)測(cè)中

5 . 1硬軟件的相關(guān)設(shè)計(jì)

5.1.1硬件的相關(guān)設(shè)計(jì)

進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)時(shí)必須要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，換句話說(shuō)就是保證所有的設(shè)計(jì)與國(guó)際或國(guó)家水利行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)保持一致。

（1）MC13213系列微控制器被應(yīng)用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的硬件平臺(tái)，為了保證數(shù)據(jù)的精確度，需要將智能數(shù)據(jù)采集器 A/D轉(zhuǎn)換到 16 位；各種傳感可以同時(shí)連接在系統(tǒng)中。

（2）無(wú)線 2.4GHz ISM 頻段和IEE802.15.4/Zigbee分別是系統(tǒng)通信和通信協(xié)議采用的標(biāo)準(zhǔn)。

（3）低耗能設(shè)計(jì)是無(wú)線水位傳感器必須采用，供電使用的是兩節(jié)可工作5 年以上的普通干電池。

（4）能夠在-40℃～60℃溫度下正常開(kāi)展工作，在水電現(xiàn)場(chǎng)及野外的工作能力是極強(qiáng)的。

（5）防雷電、抗雷擊是設(shè)計(jì)系統(tǒng)具備的能力，但是因?yàn)闊o(wú)線大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)備并不是與其他設(shè)備聯(lián)系在一起的，所以其抗受雷電沖擊的能力較弱。

（6）終端工作機(jī)制的壽命比較長(zhǎng)，并且具有獨(dú)立性，因此如果某一設(shè)備出現(xiàn)了故障，不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)，此外，系統(tǒng)還具有自檢測(cè)故障功能的獨(dú)有功能。

5.1.2設(shè)計(jì)軟件功能

（1）數(shù)據(jù)被自動(dòng)采集并被傳輸，水庫(kù)大壩監(jiān)測(cè)點(diǎn)的各項(xiàng)采集數(shù)據(jù)被實(shí)時(shí)展現(xiàn)，采集頻率可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)定。endprint